2023-2024学年教科版物理九年级上学期 阶段专训二 热学的综合计算

阶段专训二　热学的综合计算 教科版 九年级全 第二章 改变世界的热机 【2023·兰州城关区期中】如图所示，某单缸四冲程汽油机的汽缸活塞横截面积为30 cm2，汽缸容积为 150 mL；满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为9.0×105 Pa，飞轮1 min转动1 800 r，当汽 油机满负荷工作时(不计摩擦)，若1 min消 耗汽油10 g，汽油的热值为4.5×107 J/kg，求： 1 2 (1)一个做功冲程中燃气对活塞做的功W。 解：汽缸容积V＝150 mL＝150 cm3＝1.5×10－4 m3，满负荷工作时，一个做功冲程中燃气对活塞做的功 W＝Fl＝pSl＝pV＝9.0×105 Pa×1.5×10－4 m3＝135 J。 3 (2)燃气对活塞做功的功率P。 4 (3)该汽油机的效率。 5 【2023·石家庄期中】一辆汽车以恒定的功率在平直的公路上做直线运动，其v－t图像如图，在第10 s时速度达到20 m/s，通过的路程为120 m。 2 (1)求在0～10 s内汽车的平均速度。 (2)设汽车在行驶过程中所受阻力不变，大小为f＝4 800 N，求在0～10 s内汽车发动机产生的牵引力所做的功。 解：由图可知，10 s后汽车做匀速直线运动，速度v＝20 m/s，此时汽车受到的牵引力和阻力是一对平衡力，大小相等，则牵引力F＝f＝4 800 N，汽车行驶时的功率P＝Fv＝4 800 N×20 m/s＝9.6×104 W；因为汽车的功率不变，所以在0～10 s内汽车发动机产生的牵引力所做的功W＝Pt＝9.6×104 W×10 s＝9.6×105 J。 (3)在0～10 s内汽车共消耗汽油0.048 kg，求发动机的能量转化效率。(已知汽油的热值大约为5×107 J/kg) 【2023·长沙岳麓区月考】氢气—汽油发动机采用氢气和汽油两种燃料工作，可进行自由切换，氢气和汽油的热值分别取q氢气＝1.5×108 J/kg，q汽油＝4.5×107 J/kg。小向驾驶使用上述发动机的轿车沿平直公路从甲地到乙地，两地相距250 km，出发时油箱内汽油的质量为8 kg。 3 设氢气和汽油在汽缸内均完全燃烧，轿车行驶中所受阻力恒为800 N，发动机输出的能量全部用来驱动轿车行驶，全程分两个阶段，如图所示。 阶段一：轿车使用氢气燃料从甲地出发，以90 km/h的速度匀速行驶1 h到达丙地，消耗了0.8 kg的氢气燃料。 阶段二：从丙地开始，由于氢气不足，小向切换汽油为燃料，轿车仍以90 km/h的速度匀速行驶，此过程中发动机的效率为30%。 (1)求甲地到丙地的距离。 (2)在使用氢气燃料的情况下，求轿车发动机的效率。 (3)请通过计算说明小向最终能否到达乙地。 解：丙地到乙地的距离s2＝s－s1＝250 km－90 km＝160 km＝1.6×105 m，完全燃烧8 kg汽油放出的热量 Q放′＝m汽油q汽油＝8 kg×4.5×107 J/kg＝3.6×108 J， 小华家里用的是天然气灶，他尝试估测该灶的效率。小华用容量为5 L的水壶装满水，水的初温是20 ℃，用天然气灶将水烧开。烧水前天然气表的示数是 2 365.02 m3，水刚烧开时天然气表的示数变为 2 365.12 m3，天然气的热值为3.2×107 J/m3，水的比热容c＝4.2×103 J/(kg·℃)，当地大气压为标准大气压。求： 4 (1)水吸收的热量Q吸(不计水的热量损失)。 (2)天然气完全燃烧放出的热量Q放。 (3)天然气灶的效率η。 解：共燃烧天然气的体积V＝2 365.12 m3－2 365.02 m3＝ 0.1 m3；天然气完全燃烧放出的热量Q放＝Vq＝0.1 m3× 3.2×107 J/m3＝3.2×106 J。 解：因飞轮每转两圈对外做功一次，飞轮1 min转动 1 800周，做功900次，则燃气对活塞做的总功W总＝W×900＝135 J×900＝1.215×105 J，燃气对活塞做功的功率P＝＝＝2 025 W。 解：1 min消耗的汽油完全燃烧释放的热量Q放＝ mq＝10×10－3 kg×4.5×107 J/kg＝4.5×105 J，该汽油机的效率η＝×100%＝×100%＝27%。 解：由题意可知，在0～10 s内汽车通过的路程s＝ 120 m，则在0～10 s内汽车的平均速度v＝＝ ＝12 m/s。 解：0.048 kg汽油完全燃烧放出的热量Q放＝mq＝0.048 kg×5×107 J/kg＝2.4×106 J，发动机的能量转化效率η＝×100%＝×100%＝40%。 解：由v＝可知，甲地到丙地的距离 s1＝vt＝90 km/h×1 h＝90 km。 解：氢气燃料完全燃烧放出的热量Q放＝m氢气q氢气＝0.8 kg× 1.5×108 J/kg＝1.2